KR101722540B1 - Carrier head membrane - Google Patents

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영 진 백
멜빈 바렌티네
아브히지트 와이. 데사이
하이 엔구옌
아쉬시 바트나가르
라즈쿠말 알라가르사미
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판을 평탄화하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 기판을 단단히 지지하기 위한 향상된 커버를 구비한 기판 캐리어 헤드가 제공된다. 이러한 커버는 그것 내로 피팅되는 리세스보다 큰 비드를 가질 수 있어서, 압축이 리세스 내부에서 컨포멀 밀봉을 형성한다. 또한, 헤드는 그루브의 표면에 대한 비드의 부착을 향상시키도록 코팅되지 아니한 채로 남겨질 수 있다. 커버의 표면은 비교착(non-stick) 코팅을 이용하지 아니하면서 커버에 대한 기판의 부착을 감소시키도록 거칠어질 수 있다.A method and apparatus for planarizing a substrate are provided. There is provided a substrate carrier head having an improved cover for firmly supporting the substrate. Such a cover may have a bead that is larger than the recesses that are fit into it, so that compression creates a conformal seal within the recess. In addition, the head may be left uncoated to improve adhesion of the beads to the surface of the groove. The surface of the cover may be roughened to reduce adhesion of the substrate to the cover without using a non-stick coating.

Description

캐리어 헤드 멤브레인 {CARRIER HEAD MEMBRANE}{CARRIER HEAD MEMBRANE}

본 명세서는 일반적으로 반도체 제조를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 실시예들은 반도체 기판 평탄화 장치 및 이러한 장치의 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND 1. Technical Field The present disclosure relates generally to an apparatus and method for semiconductor fabrication. More specifically, embodiments relate to a semiconductor substrate planarization apparatus and a method of forming such a device.

반도체 제조 산업에서, 평탄화는 기판으로부터 물질을 제거하는 단계, 기판 표면을 매끄럽게 하는 단계 및 기판 표면 밑의 층들을 노출시키는 단계를 갖는 프로세스이다. 전형적으로, 하나 또는 복수의 증착 프로세스가 기판 상에 물질 층들을 형성한 후에, 기판은 평탄화를 거친다. 하나의 이러한 프로세스에서, 기판의 필드 영역에 개구가 형성되며, 이러한 개구는 전기도금과 같은 도금 프로세스에 의해 금속으로 채워진다. 금속이 개구를 채움으로써 표면에 와이어 또는 콘택(contacts)과 같은 피처가 생성된다. 개구는 주위 기판의 레벨까지만 금속으로 채워지는 것이 바람직하지만, 증착은 개구 뿐만 아니라 필드 영역 상에서도 일어난다. 이러한 불필요한 여분의 증착은 제거되어야만 하며, 여분의 금속을 제거하기 위해 선택된 방법이 평탄화이다.In the semiconductor manufacturing industry, planarization is a process with the steps of removing material from the substrate, smoothing the substrate surface, and exposing layers below the substrate surface. Typically, after one or more deposition processes form layers of material on a substrate, the substrate undergoes planarization. In one such process, an opening is formed in the field region of the substrate, and the opening is filled with metal by a plating process such as electroplating. Filling the openings with metal creates features such as wires or contacts on the surface. The opening is preferably filled with metal only up to the level of the surrounding substrate, but the deposition takes place not only on the opening but also on the field area. This unnecessary extra deposition must be removed, and the method chosen to remove excess metal is planarization.

화학 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Planarization; CMP)는 평탄화 프로세스 가운데 보다 흔한 유형 중 하나이다. 기판은 제 위치에서 단단히 지지되고 연마 패드 또는 웹에 의해 스크러빙된다. 웹이 기판 밑에서 선형으로 이동함에 따라 기판은 웹에 대해 회전할 수 있거나, 또는 기판이 패드에 대해 회전하는 동안 패드 또한 동일 또는 반대 방향으로 회전하거나, 선형으로 이동하거나, 원형 움직임으로 이동하거나 또는 이들의 임의의 조합이 가능할 수 있다. 물질 제거를 가속하기 위해 연마 조성물이 스크러빙 패드에 빈번하게 추가된다. 전형적으로 이러한 조성물은 기판을 윤내기 위한 연마 물질 및 기판 표면으로부터 물질을 분해하기 위한 화학물질을 포함한다. 또한 전자-화학 기계적 평탄화의 경우, 전자화학 수단에 의해 물질 제거를 가속하기 위해 기판에 전압이 가해진다.Chemical Mechanical Planarization (CMP) is one of the more common types of planarization processes. The substrate is firmly held in place and scrubbed by a polishing pad or web. As the web moves linearly under the substrate, the substrate may rotate relative to the web, or the pad may also rotate in the same or opposite direction, move linearly, move into circular motion, May be possible. A polishing composition is frequently added to the scrubbing pad to accelerate material removal. Typically such compositions comprise abrasive materials for polishing the substrate and chemicals for decomposing the material from the substrate surface. Also in the case of electro-chemical mechanical planarization, a voltage is applied to the substrate to accelerate material removal by electrochemical means.

이러한 프로세스 동안 기판 표면에 가해지는 힘은 상당할 수 있다. 기판이 프로세싱 위치 안으로 및 밖으로 수직 이동하는 것이 최대 10 psi의 축방향 힘을 발생시킬 수 있는 동안, 스크러빙 프로세스는 전형적으로 기판의 표면에 최대 100 파운드 퍼 스퀘어 인치(psi)의 전단 응력을 생성한다. 이러한 힘은 기판 파손에 대하여 기판을 보호하고 균일한 결과를 보장하기 위해, 프로세싱 이전에, 동안에 그리고 이후에 기판이 제 위치에서 단단히 지지될 것을 요구한다.The force applied to the substrate surface during this process can be significant. A scrubbing process typically produces a shear stress of up to 100 pounds per square inch (psi) on the surface of the substrate, while vertical movement of the substrate into and out of the processing location can produce an axial force of up to 10 psi. This force requires that the substrate be held firmly in place before, during, and after processing to protect the substrate against substrate breakage and ensure uniform results.

대부분의 실시예에서, 기판은 캐리어 헤드에 의해 제 위치에서 지지되는데, 이러한 예시는 도 1의 개략적인 단면도에서 도시된다. 캐리어 헤드(100)는 기판 체결부(102)를 구비한다. 기판 체결부(102)에는 멤브레인 또는 다이어프램(104)이 피팅된다. 멤브레인(104)은 캐리어 헤드(100)에 의해 지지되고 있는 기판과 접촉한다. 또한, 캐리어 헤드(100)는 일반적으로 하나 또는 복수의 통로(106)를 구비한다. 통로(106)는 멤브레인(104)의 형상을 제어하기 위해 캐리어 헤드(100)의 안으로 또는 밖으로 가스가 펌핑되는 것을 허용한다. 작동시, 캐리어 헤드(100)는 기판에 대해 멤브레인(104)을 프레싱함으로써 기판과 접촉할 것이다. 가스는 통로(106)를 통해 캐리어 헤드(100) 밖으로 펌핑되어서, 멤브레인(104) 뒤에 진공을 생성할 것이다. 멤브레인(104)은 오목하게 되어서, 멤브레인(104)과 기판 사이에 진공을 생성한다. 캐리어 헤드(100)와 대면하는 기판 표면 및 캐리어 헤드(100)를 등지는 표면 사이의 압력차는 캐리어 헤드에 대해 기판에 힘을 가해서 "진공 처크"를 생성한다. 따라서, 캐리어 헤드(100)는 프로세싱 동안 단단히 기판을 지지한다. 프로세싱 이후 기판을 릴리스하기 위해, 가스는 통로(106)를 통해 캐리어 헤드(100) 안으로 펌핑된다. 이것은 진공을 릴리브하고, 멤브레인(104)을 그 평평한 위치로 되돌리며, 진공 처크를 릴리스한다.In most embodiments, the substrate is supported in position by the carrier head, an example of which is shown in the schematic cross-section of Fig. The carrier head 100 has a substrate fastening portion 102. A membrane or diaphragm 104 is fitted to the substrate fastening portion 102. The membrane 104 is in contact with the substrate being supported by the carrier head 100. In addition, the carrier head 100 generally comprises one or more passageways 106. The passageway 106 allows gas to be pumped in or out of the carrier head 100 to control the shape of the membrane 104. In operation, the carrier head 100 will contact the substrate by pressing the membrane 104 against the substrate. The gas will be pumped out of the carrier head 100 through the passageway 106, creating a vacuum behind the membrane 104. The membrane 104 is recessed, creating a vacuum between the membrane 104 and the substrate. The pressure difference between the substrate surface facing the carrier head 100 and the surface backing the carrier head 100 forces the substrate against the carrier head to create a "vacuum chuck ". Thus, the carrier head 100 supports the substrate firmly during processing. To release the substrate after processing, gas is pumped through the passageway 106 into the carrier head 100. This relieves the vacuum, returns the membrane 104 to its flat position, and releases the vacuum chuck.

일반적으로 멤브레인(104)은, 도 1a에서 도시된 것처럼 캐리어 헤드(100)에 그루브(110)를 체결하는, 멤브레인(104)의 에지에서의 비드(108) 덕분에 캐리어 헤드(100)에 부착된다. 비드(108)는 그루브(110) 내에 피팅되는 크기로 형상화된 에지 피처이다. 몇몇의 경우, 멤브레인의 탄성으로 인해 비드(108)가 그루브(110)에서 지지되고, 멤브레인(104)이 캐리어 헤드(100)에 부착된 채로 유지된다. 기판과 멤브레인(104) 간의 접촉력은 프로세싱 동안 기판의 측방향 움직임에 저항하는 마찰력을 생성한다. 또한, 진공 처크는 프로세싱 표면 위에서의 리프팅을 위해 캐리어 헤드에 대해 기판을 지지한다.The membrane 104 is attached to the carrier head 100 by virtue of the beads 108 at the edge of the membrane 104 which fasten the grooves 110 to the carrier head 100 as shown in Figure 1A . The bead 108 is an edge feature shaped to fit within the groove 110. In some cases, due to the elasticity of the membrane, the beads 108 are supported in the grooves 110 and the membrane 104 remains attached to the carrier head 100. The contact force between the substrate and the membrane 104 creates a frictional force that resists lateral movement of the substrate during processing. The vacuum chuck also supports the substrate against the carrier head for lifting on the processing surface.

오늘날의 캐리어 헤드에 흔히 이용되는 멤브레인은 불행히도 상당한 누출 속도를 갖는다. 멤브레인 누출은 멤브레인 뒤에서의 진공의 유지를 손상시켜서, 프로세싱 동안 캐리어 헤드로부터 기판이 디커플링되는 것을 허용한다. 일반적으로, 진공 처크는 평탄화 동안 발생하는 전단 응력을 견디기에 충분한 힘을 가져야 한다. 진공력이 너무 낮다면, 전단 응력이 마찰력을 극복하여, 기판은 캐리어 헤드로부터 탈착된다. 이는 종종 기판에 대한 손상을 야기하여, 기판을 사용 불가능하게 만든다. 프로세싱 장비로부터 디커플링된 기판은 생산 라인 상의 다른 기판을 빈번하게 손상시킨다. 손상된 기판을 제거하기 위해 생산 라인을 중단하는 것이 종종 필요하다.Membranes commonly used in today's carrier heads unfortunately have significant leakage rates. Membrane leakage damages the retention of vacuum behind the membrane, allowing the substrate to be decoupled from the carrier head during processing. In general, the vacuum chuck must have sufficient force to withstand the shear stresses that occur during planarization. If the vacuum force is too low, the shear stress overcomes the frictional forces and the substrate is detached from the carrier head. This often causes damage to the substrate, rendering the substrate unusable. Decoupled substrates from processing equipment frequently damage other substrates on the production line. It is often necessary to interrupt the production line to remove the damaged substrate.

또한, 기판은 멤브레인에 교착된다. 프로세스 이후, 멤브레인 표면에 대해 강하게 압박된(forcefully ugged) 기판의 부분들은 멤브레인에 부착되어, 기판을 장치로부터 제거하는 것을 어렵게 만든다. 심지어 기판의 디처킹(de-chuck)을 위해 하나 또는 복수의 챔버에 압력이 가해질 때에도, 기판은 멤브레인에 부착되어 디처킹에 저항할 수 있다. 또한, 희망되는 것보다 더 길게 캐리어 헤드에 부착된 기판은 손상될 수 있다.In addition, the substrate is stuck to the membrane. After the process, portions of the substrate that are forcefully ugged against the membrane surface are attached to the membrane, making it difficult to remove the substrate from the apparatus. Even when pressure is applied to one or more chambers to de-chuck the substrate, the substrate may be attached to the membrane to resist dechucking. Also, substrates attached to the carrier head longer than desired may be damaged.

이에 따라, 평탄화 동안 단단히 기판을 지지하고 프로세싱 이후 기판을 신뢰성 있게 릴리스할 수 있는 캐리어 헤드에 대한 지속적인 요구가 존재한다.There is therefore a continuing need for a carrier head that can firmly support the substrate during planarization and reliably release the substrate after processing.

실시예들은 일반적으로 평탄화 장치에서 기판을 조작(manipulate)하기 위한 캐리어 헤드 및 커버를 제공한다.Embodiments generally provide a carrier head and a cover for manipulating a substrate in a planarization apparatus.

일 태양에서, 기판 캐리어 헤드를 위한 커버가 제공되는데, 이러한 커버는 기판을 체결시키는 표면, 캐리어 헤드 상에서 수용 구조물을 체결시키기 위한 표면의 에지에 있는 비드를 포함하며, 상기 비드의 폭은 수용 구조물의 폭보다 크다. 캐리어 헤드는 상부 및 하부를 갖고, 내부에 수용 구조물이 형성된다. 상부에 대해 하부가 이동하는 것을 허용하는 방식으로 하부가 상부에 결합(mate)된다. 수용 구조물의 폭보다 큰 두께를 갖는 비드를 멤브레인의 에지부 상에 형성하고 상기 비드를 상기 수용 구조물 내로 삽입하고 상기 수용 구조물에 정합되게 상기 비드를 압축함으로써, 멤브레인 및 캐리어 헤드 사이에 밀봉이 형성된다.In one aspect, a cover for a substrate carrier head is provided, the cover including a surface on which the substrate is fastened, a bead in the edge of the surface for fastening the receiving structure on the carrier head, Width. The carrier head has an upper portion and a lower portion, and a receiving structure is formed therein. The lower portion mates to the upper portion in such a manner as to allow the lower portion to move relative to the upper portion. A seal is formed between the membrane and the carrier head by forming a bead having a thickness greater than the width of the receiving structure on the edge of the membrane and inserting the bead into the receiving structure and compressing the bead to match the receiving structure .

다른 태양에서, 기판 캐리어 헤드를 위한 멤브레인이 제공되는데, 상기 멤브레인은 기판을 체결시키는 장착면, 상기 장착면으로부터 연장하는 둘레부, 상기 둘레부로부터 연장하는 비드, 그리고 코팅부와 비코팅부를 형성하도록 멤브레인의 일부를 커버하는 비교착 코팅을 포함하며, 상기 비코팅부는 비드를 포함한다. 캐리어 헤드는 멤브레인이 커플링되는 베이스와 상기 베이스에 부착되는 비코팅된 비드를 포함하고, 이로 인해 형성된 밀봉이 향상된다. 코팅되지 아니한 채로 남아 있는 멤브레인의 부분들 위에 마스크를 적용하고 비교착 코팅을 적용하고 그리고 마스크를 제거하는 것에 의해서 비교착 코팅이 멤브레인의 부분들에 적용된다.In another aspect, a membrane for a substrate carrier head is provided, the membrane including a mounting surface for fastening a substrate, a circumferential portion extending from the mounting surface, a bead extending from the circumferential portion, And a comparative coating that covers a portion of the membrane, wherein the uncoated portion comprises beads. The carrier head includes a base to which the membrane is coupled and an uncoated bead attached to the base, thereby enhancing the seal formed. A comparative coating is applied to portions of the membrane by applying a mask over portions of the membrane that remain uncoated, applying a comparative coating, and removing the mask.

다른 태양에서, 기판 캐리어 헤드를 위한 멤브레인은 기판을 체결시키기 위한 표면과 캐리어 헤드에서 수용 구조물을 체결시키기 위한 표면의 에지에 있는 비드를 포함한다. 이러한 표면은 적어도 약 10 마이크로 인치의 Ra 거칠기를 갖는다.In another aspect, a membrane for a substrate carrier head includes a bead at a surface for fastening the substrate and an edge of a surface for fastening the receiving structure at the carrier head. Such a surface has an Ra roughness of at least about 10 microinches.

구현들은 이하의 특징 중 하나 또는 복수의 특징을 포함할 수 있다. 수용 구조물은 그루브일 수 있다. 표면은 적어도 약 15 마이크로 인치의 Ra 거칠기를 가질 수 있다. 표면은 약 0.02 lbs 미만, 예를 들어 약 0.01 lbs 미만의 교착력으로 기판에 부착될 수 있다. 수용 구조물은 캐리어 헤드의 베이스부에서 형성될 수 있고, 베이스부는 캐리어 헤드의 하우징부에 이동가능하게 커플링될 수 있다. 표면은 기판의 중량 미만의 교착력으로 기판에 부착될 수 있다.Implementations may include one or more of the following features. The receiving structure may be a groove. The surface may have an Ra roughness of at least about 15 microinches. The surface can be attached to the substrate with a force of less than about 0.02 lbs, for example less than about 0.01 lbs. The receiving structure may be formed at the base portion of the carrier head and the base portion may be movably coupled to the housing portion of the carrier head. The surface can be attached to the substrate with an engaging force less than the weight of the substrate.

다른 태양에서, 기판 캐리어 헤드를 위한 멤브레인은 기판을 체결시키기 위한 장착면, 상기 장착면으로부터 연장하는 둘레부, 상기 둘레부로부터 연장하는 비드, 그리고 코팅부 및 비코팅부를 형성하도록 멤브레인의 일부를 커버하는 비교착 코팅을 포함한다. 비코팅부는 비드를 포함한다.In another aspect, a membrane for a substrate carrier head includes a mounting surface for fastening a substrate, a circumferential portion extending from the mounting surface, a bead extending from the circumferential portion, and a portion of the membrane to form a coating portion and a non- ≪ / RTI > The uncoated portion includes beads.

구현들은 이하의 특징들 중 하나 또는 복수의 특징을 포함할 수 있다. 비코팅부는 둘레부를 포함할 수 있다. 멤브레인의 누출 속도는 약 0.2 psi/min 미만일 수 있다. 비드의 표면은 적어도 6.0 Pa의 교착 장력으로 금속에 부착될 수 있다. 비드는 캐리어 헤드의 베이스부에 형성된 수용 구조물과 체결되도록 구성될 수 있고, 베이스부는 캐리어 헤드의 하우징부에 이동가능하게 커플링될 수 있다.Implementations may include one or more of the following features. The non-coated portion may include a peripheral portion. The leak rate of the membrane may be less than about 0.2 psi / min. The surface of the bead can be attached to the metal with an adhesive tension of at least 6.0 Pa. The bead may be configured to be coupled to a receiving structure formed in the base portion of the carrier head and the base portion may be movably coupled to the housing portion of the carrier head.

다른 태양에서, 평탄화 장치에서 기판을 조작하는 방법은 멤브레인을 가진 캐리어 헤드를 제공하는 단계, 기판에 대해 멤브레인의 표면을 프레싱하고 진공 처크를 형성하도록 멤브레인 뒤에서 압력을 감소시킴으로써 기판을 체결시키는 단계, 그리고 진공 처크를 릴리스하여서 기판을 분리시키는 단계를 포함한다. 멤브레인은 적어도 약 0.10 마이크로 인치의 Ra 거칠기를 갖는 표면을 갖는다.In another aspect, a method of operating a substrate in a planarization apparatus includes providing a carrier head having a membrane, clamping the substrate by pressing the surface of the membrane against the substrate and reducing the pressure behind the membrane to form a vacuum chuck, and Releasing the vacuum chuck to separate the substrate. The membrane has a surface with an Ra roughness of at least about 0.10 microinches.

구현들은 이하의 특징들 중 하나 또는 복수의 특징을 포함할 수 있다. 기판의 중량은 멤브레인의 표면과 기판 사이의 교착력을 초과할 수 있다. 기판을 분리시키는 단계는 기판의 중량에 의해 멤브레인의 표면으로부터 기판이 분리되는 것을 허용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 기판은 약 0.01 lbs 미만의 교착력으로 멤브레인의 표면에 부착될 수 있다. 멤브레인을 제공하는 단계는, 적어도 멤브레인의 일부에 표면 거칠기를 부여(impart)하도록 설계된 내부면을 가지는 몰드에 경화 가능한 액체를 제공하는 단계, 멤브레인을 형성하도록 액체를 설정하는 단계, 및 몰드로부터 멤브레인을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 멤브레인을 제공하는 단계는 경화 가능한 액체를 몰드로 제공하는 단계, 멤브레인을 형성하도록 액체를 설정하는 단계, 몰드로부터 멤브레인을 제거하는 단계, 그리고 멤브레인 표면을 거칠게 하도록 기계적 힘을 가하는 단계를 포함할 수 있다.Implementations may include one or more of the following features. The weight of the substrate may exceed the sticking force between the surface of the membrane and the substrate. The step of separating the substrate may further comprise allowing the substrate to separate from the surface of the membrane by the weight of the substrate. The substrate may be attached to the surface of the membrane with an engaging force of less than about 0.01 lbs. Providing the membrane comprises providing a curable liquid to a mold having an inner surface designed to impart surface roughness to at least a portion of the membrane, setting the liquid to form a membrane, and removing the membrane from the mold And removing it. Providing the membrane may include providing a curable liquid to the mold, setting the liquid to form the membrane, removing the membrane from the mold, and applying a mechanical force to roughen the membrane surface .

다른 태양에서, 평탄화 장치용 멤브레인의 형성 방법은, 평평한 중앙부, 윤곽을 가진 둘레부, 및 에지 주위의 비드를 갖는 가요성 물품을 형성하는 단계; 가요성 물품의 일부에 마스크를 적용하는 단계; 비교착 코팅으로 물품을 코팅하는 단계; 및 마스크를 제거하는 단계를 포함한다.In another aspect, a method of forming a membrane for a planarization apparatus includes forming a flexible article having a flat central portion, a circumferential periphery, and a bead around the periphery; Applying a mask to a portion of the flexible article; Coating the article with a comparative coating; And removing the mask.

구현들은 이하의 특징들 중 하나 또는 복수의 특징을 포함할 수 있다. 가요성 물품은 실리콘 고무, 부틸 고무, 천연 고무, EPDM 고무, 폴리이미드, 및 열가소성 탄성체를 포함한 그룹으로부터 선택된 물질로 형성될 수 있다. 가요성 물품의 일부를 마스크하는 단계는 물품의 일부 위에 가요성 커버링을 피팅하는 단계를 포함할 수 있다. 물품의 마스크된 부분은 비드를 포함할 수 있다. 비교착 코팅은 예를 들어 파릴렌 코팅과 같은 폴리머 코팅일 수 있다. 가요성 물품을 형성하는 단계는 경화 가능한 액체를 몰드에 제공하는 단계, 액체를 가열하여 경화시키는 단계, 및 몰드로부터 가요성 물품을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.Implementations may include one or more of the following features. The flexible article may be formed of a material selected from the group including silicone rubber, butyl rubber, natural rubber, EPDM rubber, polyimide, and thermoplastic elastomer. Masking a portion of the flexible article may include fitting the flexible covering onto a portion of the article. The masked portion of the article may include beads. The comparative coating may be a polymer coating such as, for example, a parylene coating. The step of forming the flexible article may comprise providing the mold with a curable liquid, heating and curing the liquid, and removing the flexible article from the mold.

다른 태양에서, 기판 캐리어 헤드용 멤브레인은 기판을 체결시키기 위한 표면, 및 캐리어 헤드 상에서 수용면을 체결시키기 위한 표면의 에지에 있는 비드를 포함한다. 이러한 비드의 폭은 수용 구조물의 폭보다 크다.In another aspect, the membrane for the substrate carrier head includes a bead at a surface for fastening the substrate and an edge of the surface for fastening the receiving surface on the carrier head. The width of such a bead is greater than the width of the receiving structure.

구현들은 이하의 특징들 중 하나 또는 복수의 특징을 포함할 수 있다. 수용 구조물은 그루브일 수 있다. 비드의 폭은 수용 구조물의 폭보다 적어도 약 10% 클 수 있다. 멤브레인의 두께는 수용 구조물의 폭 미만일 수 있다. 비드는 원형 단면 형상을 가질 수 있다. 비드는 수용 구조물과 체결될 때 적어도 약 10%, 예를 들어 약 12% 내지 약 20%의 압축률을 겪을 수 있다. 비드의 압축은 수용 구조물 내부에서의 컨포멀(conformal) 밀봉을 야기할 수 있다. 표면은 적어도 약 10마이크로 인치의 Ra 거칠기를 가질 수 있다. 멤브레인의 일부는 코팅 영역 및 비코팅 영역을 형성하도록 비교착 코팅으로 코팅될 수 있으며, 비교착 영역은 적어도 비드를 포함한다. 비드의 표면은 적어도 6.0Pa의 교착 장력으로 금속에 부착될 수 있다.Implementations may include one or more of the following features. The receiving structure may be a groove. The width of the bead may be at least about 10% greater than the width of the receiving structure. The thickness of the membrane may be less than the width of the receiving structure. The beads may have a circular cross-sectional shape. The bead may experience a compressibility of at least about 10%, for example from about 12% to about 20% when fastened to the receiving structure. The compression of the beads can cause conformal sealing within the receiving structure. The surface may have an Ra roughness of at least about 10 microinches. A portion of the membrane may be coated with a comparative coating to form a coating region and an uncoated region, wherein the comparison region comprises at least beads. The surface of the bead can be attached to the metal with an adhesive tension of at least 6.0 Pa.

다른 태양에서, 화학 기계적 폴리싱 장치에서 기판을 조작하기 위한 캐리어 헤드는 하우징, 하우징에 커플링된 베이스, 및 베이스에 커플링된 커버를 포함한다. 커버는 베이스 상에서 수용 구조물을 체결시키는 비드를 포함하고, 압축되지 않은 비드의 두께는 수용 구조물의 폭보다 크다.In another aspect, a carrier head for operating a substrate in a chemical mechanical polishing apparatus includes a housing, a base coupled to the housing, and a cover coupled to the base. The cover comprises a bead for fastening the receiving structure on the base, the thickness of the uncompressed bead being greater than the width of the receiving structure.

구현들은 이하의 특징들 중 하나 또는 복수의 특징을 포함할 수 있다. 수용 구조물은 그루브일 수 있다. 비드는 수용 구조물과 체결될 때 적어도 약 10%, 예를 들어 약 12% 내지 약 20%의 압축률을 겪을 수 있다. 커버는 약 0.2 psi/min 미만의 누출 속도를 가질 수 있다. 비드의 표면은 밀봉을 형성하기 위해 그루브의 표면과 정합될 수 있다. 커버는 기판을 체결하기 위한 표면을 더 포함할 수 있으며, 표면은 적어도 약 10 마이크로 인치의 Ra 거칠기를 가질 수 있다. 커버의 일부는 코팅 영역 및 비코팅 영역을 형성하기 위해 비교착 코팅으로 코팅될 수 있고, 비코팅 영역은 적어도 비드를 포함할 수 있다. 비드의 표면은 적어도 6.0 Pa의 교착 장력으로 금속에 부착될 수 있다.Implementations may include one or more of the following features. The receiving structure may be a groove. The bead may experience a compressibility of at least about 10%, for example from about 12% to about 20% when fastened to the receiving structure. The cover may have a leakage rate of less than about 0.2 psi / min. The surface of the bead can be matched to the surface of the groove to form a seal. The cover may further comprise a surface for fastening the substrate, and the surface may have an Ra roughness of at least about 10 microinches. A portion of the cover may be coated with a comparative coating to form a coated region and an uncoated region, and the uncoated region may comprise at least bead. The surface of the bead can be attached to the metal with an adhesive tension of at least 6.0 Pa.

다른 태양에서, 기판 캐리어 헤드 및 멤브레인 사이의 밀봉을 형성하는 방법은 기판 캐리어 헤드의 일부에 그루브를 제공하는 단계, 그루브의 폭보다 큰 두께를 가진 멤브레인의 에지 주위의 비드를 형성하는 단계, 그루브 내로 비드를 삽입하는 단계, 그리고 비드의 표면이 그루브의 표면에 정합되어 밀봉을 형성하도록 그루브 내부에서 비드를 압축하는 단계를 포함한다.In another aspect, a method of forming a seal between a substrate carrier head and a membrane includes providing a groove in a portion of a substrate carrier head, forming a bead around the edge of the membrane having a thickness greater than the width of the groove, Inserting the beads, and compressing the beads inside the grooves such that the surface of the beads matches the surface of the grooves to form a seal.

구현들은 이하의 특징들 중 하나 또는 복수의 특징을 포함할 수 있다. 비드의 두께는 그루브의 폭보다 적어도 약 10% 클 수 있다. 그루브 내부에서 비드를 압축시키는 단계는 적어도 약 10%, 예를 들어 약 12% 내지 20%의 압축률까지 비드를 변형시킬 수 있다. 그루브 내부에서 비드를 압축시키는 단계에 의해 그루브 내에 약 1% 미만의 빈 공간이 발생할 수 있다.Implementations may include one or more of the following features. The thickness of the beads can be at least about 10% greater than the width of the grooves. Compressing the beads within the grooves can deform the beads to a compressibility of at least about 10%, e.g., about 12% to 20%. By compressing the beads in the grooves, less than about 1% of void space may occur in the grooves.

다른 태양에서, 기판 캐리어 헤드를 위한 멤브레인이 제공되고, 이러한 멤브레인은 기판을 체결시키기 위한 표면, 베이스에서 수용 구조물을 체결시키기 위한 표면의 에지에 있는 비드를 포함하며, 표면은 적어도 약 10 마이크로 인치의 Ra 거칠기를 갖는다. 멤브레인 상의 비드는 캐리어 헤드 상에서 그루브와 결합된다.In another aspect, a membrane for a substrate carrier head is provided, the membrane including a surface for fastening a substrate, a bead at an edge of the surface for fastening the receiving structure at the base, the surface having a surface of at least about 10 microinches Ra has roughness. The beads on the membrane engage the grooves on the carrier head.

상기 언급된 특징을 상세하게 이해할 수 있도록, 앞서 간략히 요약된, 보다 상세한 설명이 실시예들을 참조하여 기술될 수 있는데 상기 실시예들 중 일부는 첨부된 도면에서 도시된다. 그러나 첨부된 도면은 오직 전형적인 실시예만을 도시하고 있으므로 이러한 도면은 청구항의 범주를 제한하고자 의도되지 아니함을 유의하여야 하는데, 다른 균등하게 유효한 실시예들이 가능할 수 있기 때문이다.
도 1은 예시적인 종래 기술에 따른 캐리어 헤드 장치의 개략적인 단면도이다.
도 1a는 도 1의 장치의 상세도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 캐리어 헤드 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2a 및 2b는 도 2의 장치의 상세도이다.
도 3a 및 3b는 실시예들에 따른 두 개의 캐리어 헤드 멤브레인의 개략적인 단면도이다.
도 4a는 일 실시예에 따른 장치의 사시도이다.
도 4b는 일 실시예에 따른 마스크 장치의 측면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 캐리어 헤드 장치의 개략적인 단면도이다.
이해를 촉진시키기 위해 가능한한 동일한 참조 번호가 도면에서 공통적인 동일한 요소를 가리키도록 이용되었다. 일 실시예에서 개시된 요소는 구체적인 인용이 없어도 다른 실시예들에 유리하게 이용될 수 있음이 고려된다.In order that the above-recited features may be understood in detail, a more detailed description, briefly summarized above, may be set forth with reference to the embodiments, some of which are shown in the appended drawings. It should be noted, however, that the appended drawings illustrate only typical embodiments, and that these drawings are not intended to limit the scope of the claims, as otherwise equally effective embodiments may be possible.
1 is a schematic cross-sectional view of a carrier head device according to an exemplary prior art.
1A is a detailed view of the apparatus of FIG.
2 is a schematic cross-sectional view of an exemplary carrier head device according to one embodiment.
Figures 2a and 2b are detailed views of the apparatus of Figure 2;
Figures 3a and 3b are schematic cross-sectional views of two carrier head membranes according to embodiments.
4A is a perspective view of an apparatus according to one embodiment.
4B is a side view of a masking device according to one embodiment.
5 is a schematic cross-sectional view of a carrier head device according to one embodiment.
To facilitate understanding, the same reference numerals have been used, where possible, to designate identical elements that are common to the figures. It is contemplated that the elements disclosed in one embodiment may be advantageously used in other embodiments without specific reference.

실시예들은 일반적으로 평탄화 프로세스에서 기판을 조작하기 위한 기판 캐리어 헤드를 제공한다. 도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 캐리어 헤드(200)를 도시한다. 도 2에서 도시된 캐리어 헤드(200)는 하우징(202), 베이스(204) 및 멤브레인(206)을 갖는다. 하우징(202)은 일반적으로 캐리어 헤드(200)에 구조 지지체를 제공하고, 이를 (미도시된) 장치의 나머지 부분에 부착시키며, 캐리어 헤드(200)의 안으로 그리고 밖으로 프로세스 가스를 통과시키기 위한 도관(208)을 제공한다. 몇몇 실시예들에서, 베이스(204)는, 하우징(202) 및 베이스(204) 사이에서 특정한 정도의 독립적인 이동을 허용하도록 가요성 다이어프램(210)에 의해 하우징(202)에 커플링된다. 이러한 커플링으로 인하여, 기판이 캐리어 헤드(200) 상에서 밀봉을 유지하면서 캐리어 헤드(200) 상에 장착될 때, 작업 표면에 대한 기판 위치가 조정될 수 있다. 본 기술 분야에서 잘 알려져 있으며 본 출원인에게 공통으로 양도된 미국 특허 제 6,183,354호에 의해 예시되고 베이스(204) 내에 위치하며 하우징(202)에 대한 베이스(204)의 이동을 구속하도록 구성된, 기계장치(미도시)에 의해 베이스(204)의 이동이 제어될 수 있다. 다이어프램(210)은 CMP 프로세스의 기계적 및 화학적 요구사항을 감당할 수 있는 임의의 가요성 물질로 만들어질 수 있다. 이러한 물질은 부틸 고무, EPDM 고무, 천연 고무, 또는 실리콘 고무와 같은 탄성 물질을 포함할 수 있다.Embodiments generally provide a substrate carrier head for manipulating a substrate in a planarization process. FIG. 2 illustrates an exemplary carrier head 200 according to one embodiment. The carrier head 200 shown in FIG. 2 has a housing 202, a base 204, and a membrane 206. The housing 202 generally provides a structural support to the carrier head 200 and attaches it to the rest of the apparatus (not shown) and a conduit (not shown) for passing the process gas into and out of the carrier head 200 208). In some embodiments, the base 204 is coupled to the housing 202 by a flexible diaphragm 210 to allow a certain degree of independent movement between the housing 202 and the base 204. Due to this coupling, when the substrate is mounted on the carrier head 200 while maintaining a seal on the carrier head 200, the substrate position relative to the work surface can be adjusted. A mechanical device (not shown), illustrated by U.S. Patent No. 6,183,354, commonly known in the art and commonly assigned to the assignee of the present application, and configured to restrain movement of the base 204 relative to the housing 202, The movement of the base 204 can be controlled. Diaphragm 210 may be made of any flexible material capable of meeting the mechanical and chemical requirements of the CMP process. Such materials may include elastomeric materials such as butyl rubber, EPDM rubber, natural rubber, or silicone rubber.

베이스(204)는 베이스(204)의 하부면에서 멤브레인(206)에 의해 커버된다. 일반적으로 멤브레인(206)은 기판을 체결시키는 표면(212), 둘레부(214), 및 멤브레인(206)의 에지에 있는 비드(bead; 216)를 포함한다. 일반적으로 비드(216)는 멤브레인의 에지에 있는 형상화된 피처이며, 몇몇 실시예들에서 멤브레인 표면(212)의 두께보다 큰 두께를 가질 수 있다. 비드(216)는 베이스(204)에 형성된 그루브(218)를 이용하여 베이스(204)를 체결시킨다. 몇몇 실시예들에서, 비드(216)는, 베이스(204) 상에 멤브레인(206)을 설치하기 위해 그루브(218) 안으로 삽입된다. 가요성 멤브레인(206)은 베이스(204)에 걸쳐 신장되고, 가요성 멤브레인과 베이스가 함께 협력하여 멤브레인 위에 공간(220)을 형성한다. 공간(220) 내 압력은 멤브레인(206) 뒤에 진공을 생성하도록 조작될 수 있다. 멤브레인 표면(212)이 기판과 접촉할 때, 이러한 진공이 멤브레인 표면(212)을 변형시켜서 멤브레인 표면(212)을 기판 표면으로부터 멀어지게 당긴다. 멤브레인 표면(212)이 멀어질 때 멤브레인 표면(212)의 에지부(222)는 기판 표면과 접촉한 채로 남아 있고, 멤브레인 표면(212) 및 기판 표면 사이에 진공이 형성된다. 멤브레인을 대면하는 기판 표면 및 멤브레인을 등지는 기판 표면 사이의 압력차는 캐리어 헤드 상으로 기판을 압박하는 힘을 생성하여서 "진공 처크(vacuum chuck)"를 야기한다.The base 204 is covered by the membrane 206 at the lower surface of the base 204. Typically, the membrane 206 includes a surface 212 for fastening the substrate, a circumference 214, and a bead 216 at the edge of the membrane 206. In general, the bead 216 is a shaped feature at the edge of the membrane, and in some embodiments may have a thickness greater than the thickness of the membrane surface 212. The bead 216 fastens the base 204 using a groove 218 formed in the base 204. In some embodiments, the bead 216 is inserted into the groove 218 to provide a membrane 206 on the base 204. The flexible membrane 206 extends over the base 204 and the flexible membrane and base cooperate to form a space 220 over the membrane. The pressure in the space 220 can be manipulated to create a vacuum behind the membrane 206. As the membrane surface 212 contacts the substrate, this vacuum deforms the membrane surface 212 to pull the membrane surface 212 away from the substrate surface. The edge portion 222 of the membrane surface 212 remains in contact with the substrate surface as the membrane surface 212 moves away and a vacuum is formed between the membrane surface 212 and the substrate surface. The pressure differential between the substrate surface facing the membrane and the substrate backing the membrane creates a force pressing the substrate onto the carrier head, causing a "vacuum chuck ".

실시예들은 멤브레인(206)을 통하는 그리고 멤브레인 주위에서의 누출을 방지함으로써 진공 처크를 유지시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공한다. 도 2a는 도 2에서 도시된 캐리어 헤드(200)의 멤브레인(206)과 결부된 비드(216) 및 그루브(218) 어셈블리의 확대도이다. 비드(216)는 멤브레인(206)의 두께(T)보다 클 수 있는 폭(W)을 가진다. 일반적으로 비드는 원의 아크를 나타내는 단면을 갖는 원형 형상일 수 있거나 또는 타원과 같은 볼록한 커브의 아크를 나타내는 단면을 갖는 난형, 장형(oblong) 또는 타원 형상일 수 있다. 난형, 장형 또는 일반적으로 비원형인 형식의 형상을 가진 비드는 멤브레인(206)의 비드 부착 영역(226)과 실질적으로 평행하거나 또는 동일 평면에 있는 제 1 치수(L) 그리고 멤브레인(206)의 부착 영역(226)에 실질적으로 수직한 제 2 치수(W)를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제 2 치수(W)는 제 1 치수(L)보다 클 수 있다. 다른 실시예들에서 제 1 치수(L)는 제 2 치수(W)보다 클 수 있다.Embodiments provide a method and apparatus that can maintain a vacuum chuck by preventing leakage through the membrane 206 and around the membrane. 2A is an enlarged view of a bead 216 and a groove 218 assembly associated with a membrane 206 of the carrier head 200 shown in FIG. The bead 216 has a width W that can be greater than the thickness T of the membrane 206. In general, the bead may be a circular shape having a cross section showing the arc of a circle, or an oval shape, an oblong shape or an elliptical shape having a cross section showing an arc of a convex curve such as an ellipse. Beads having a shape of an oval, elongated, or generally non-circular shape have a first dimension L that is substantially parallel or coplanar with the bead attachment region 226 of the membrane 206, May have a second dimension (W) that is substantially perpendicular to the region (226). In some embodiments, the second dimension (W) may be greater than the first dimension (L). In other embodiments, the first dimension L may be greater than the second dimension W. [

비드(216)는 일반적으로 베이스(204) 상에서 그루브(218) 안으로 삽입된다. 오늘날 흔히 이용되는 캐리어 헤드에서, 그루브(218)는 비드(216)의 폭(W)보다 크거나 또는 동일한 폭(Wg)을 갖는다. 이러한 "정확한 피팅(exact fit)" 어셈블리에서, 비드(216)가 그루브(218)로부터 빠져나오는 것을 막는 유지 링(224)에 의해서, 비드(216)가 그루브(218) 안에서 지지될 수 있다. 그루브(218)가 비드에 정확하게 피팅되는 크기이거나 또는 비드보다 큰 크기라면, 상당한 빈 공간이 비드(216) 둘레에 남겨질 수 있으며, 이로 인해 가스가 비드(216) 주위에서 그리고 그루브(218)를 통해 통과할 수 있다. 본 발명의 발명자들은 그루브 폭(Wg)보다 큰 비드(216)를 이용함으로써 멤브레인(206)을 통한 가스 누출을 사실상 제거하는 압축 밀봉을 야기시킬 수 있음을 발견하였다. 도 2b에서 도시된 것처럼, 폭(W)을 가진 비드(216)는 그루브(218) 안으로 삽입될 때 압축 폭(C)까지 압축될 수 있다. 압축율은 R=(W-C)/W로서 정의될 수 있고, 결과적인 분수값에 100을 곱함에 의해 퍼센트로 표현될 수 있다. 따라서, 압축율은 그루브(218) 안으로 삽입될 때 비드(216)의 폭이 감소되는 정도를 나타낸다. 압력 하에서 비드(216)의 표면이 그루브(218)의 표면에 가깝게 정합됨에 따라, 그루브(218) 내에서 비드(216)의 압축이 밀봉을 생성시켜, 비드(216) 주위에서 그루브를 통한 압축된 가스의 통과를 방지한다. 비드 주위의 그루브 내 빈 공간은 1% 미만까지로 감소된다. 약 10% 내지 약 25%의 압축률은 대부분의 실시예들에서 이용될 수 있다. 그러나 약 12% 내지 약 20%의 압축률이 바람직하다. 캐리어 헤드 상에서 수용 구조물보다 큰 비드를 이용하는 것은 멤브레인의 누출 비율을 0.2psi/min 또는 그 미만까지로 감소시킬 수 있다.The bead 216 is generally inserted into the groove 218 on the base 204. In the carrier head that is commonly used today, the groove 218 has a larger or the same width than the width (W) of the bead (216) (W g). In this "exact fit" assembly, the bead 216 can be supported within the groove 218 by a retaining ring 224 that prevents the bead 216 from escaping from the groove 218. A considerable empty space may be left around the bead 216 if the groove 218 is sized to fit the bead precisely or is larger than the bead so that gas can flow around the bead 216 and through the groove 218 It can pass. The inventors of the present invention have found that using a bead 216 that is larger than the groove width (W g ) can cause a compression seal that virtually eliminates gas leakage through the membrane 206. As shown in FIG. 2B, the bead 216 with a width W can be compressed to a compression width C when inserted into the groove 218. The compression ratio can be defined as R = (WC) / W and can be expressed as a percentage by multiplying the resulting fractional value by 100. Thus, the compressibility indicates the extent to which the width of the bead 216 is reduced when inserted into the groove 218. The compression of the bead 216 within the groove 218 creates a seal so that the compressed surface of the bead 216 is compressed around the bead 216, It prevents the passage of gas. The void space in the groove around the bead is reduced to less than 1%. A compression ratio of about 10% to about 25% can be used in most embodiments. However, a compressibility of from about 12% to about 20% is preferred. Using a bead larger than the receiving structure on the carrier head can reduce the leakage rate of the membrane to 0.2 psi / min or less.

도 2a 및 2b에서 도시된 전술한 바와 같은 멤브레인은 일반적으로 높은 전단 응력 및 산성 조성물과 같은 프로세싱 조건을 감당할 수 있는 가요성 물질로 만들어질 것이다. 일반적으로 실리콘 고무, 부틸 고무, 천연 고무, EPDM 고무, 폴리이미드, 및 열가소성 탄성체와 같은 내구성 있는 중합 물질은 캐리어 헤드 멤브레인을 형성하는데 유용할 수 있다.The membrane as described above as shown in Figures 2a and 2b will generally be made of a flexible material capable of handling high shear stress and processing conditions such as acidic compositions. Generally, durable polymeric materials such as silicone rubber, butyl rubber, natural rubber, EPDM rubber, polyimide, and thermoplastic elastomer may be useful in forming a carrier head membrane.

기판은 CMP 장치에서 캐리어 헤드를 커버하는 멤브레인에 교착된다. 이러한 교착은 때때로 기판에 대한 손상 및 생산 중단을 야기할 수 있다. 캐리어 헤드 멤브레인에 교착되는 기판이 적절한 시간에 분리되지 않을 수 있고 기판 핸들링 장치에 의해 기판이 손상될 수 있다. 이러한 손상된 기판은 뒤에 후속 기판을 손상시키는 파편 또는 입자를 남길 수 있으며, 이로 인해 일련의 허비된(lost) 기판들이 야기된다. 또한, 조각을 제거하기 위해 생산 라인을 중단하는 것이 필요할 수 있다.The substrate is interlaced in a membrane that covers the carrier head in a CMP apparatus. Such interlocking can sometimes cause damage to the substrate and production interruption. The substrate that is interlocked with the carrier head membrane may not be separated at an appropriate time and the substrate may be damaged by the substrate handling apparatus. This damaged substrate can leave debris or particles that damage the subsequent substrate, resulting in a series of lost substrates. It may also be necessary to interrupt the production line to remove the pieces.

캐리어 헤드 멤브레인에 기판이 교착되는 것을 타파하기 위해, 제조자들은 흔히 파릴렌과 같은 비교착 코팅으로 멤브레인을 코팅해 왔다. 파릴렌 코팅 프로세스는 저압 증기상 증착 프로세스이다. 디파라자일렌(diparaxylylene)으로서도 알려진 파릴렌 이합체는 멤브레인 상에 증착되고 폴리파라자일렌으로 중합되는, 파라자일렌 이중라디컬을 만들도록 증기화되고 열분해된다(pyrolyzed). 코팅은 컨포멀하게 멤브레인을 커버하여, 기판이 멤브레인에 교착되는 경향을 제거한다. 그러나, 이는 또한 멤브레인 비드가 그루브에 정합되는 능력을 감소시켜서, 높은 속도의 가스 누출을 야기한다.To counteract substrate misfeeds on the carrier head membrane, manufacturers have often coated the membrane with a comparative coating such as parylene. The parylene coating process is a low pressure vapor phase deposition process. A parylene dimer, also known as diparaxylylene, is vaporized and pyrolyzed to produce a paraxylene double radical, which is deposited on the membrane and polymerized with polyparaxylene. The coating conformally covers the membrane, eliminating the tendency of the substrate to stick to the membrane. However, this also reduces the ability of the membrane beads to conform to the grooves, resulting in a high rate of gas leakage.

실시예들은, 기판에 교착되는 경향이 감소되는 것 및 캐리어 헤드 상에서 수용 구조물에 정합되는 비드를 구비하는 멤브레인을 구비하는 캐리어 헤드에 대한 방법 및 장치를 제공한다. 도 3a는 일 실시예에 따른 캐리어 헤드 멤브레인(300)의 단면도이다. 도 3a의 캐리어 헤드 멤브레인은 비드(302)를 갖으며, 비드(302)에까지 연장하나 비드를 커버하지 않는 비교착 코팅(304)에 의해 코팅된다. 따라서, 비교착 코팅(304)은 오직 멤브레인(300)의 둘레부(308) 및 장착면(306) 만을 커버한다. 비드(302)를 코팅되지 아니한 채로 남기는 것은, 다른 표면에 교착되는 멤브레인(300)의 코팅되지 않은 부분의 자연스러운 경향을 이용하여 밀봉을 향상시킨다. 많은 실시예들에서, 캐리어 헤드 상에 멤브레인(300)을 설치하기 위해, 비드(302)는 (미도시된) 캐리어 헤드의 베이스 상에 형성된 그루브와 같은 리세스된 부분 내로 삽입된다. 멤브레인(300)의 코팅되지 않은 표면은 코팅된 표면보다 더욱 탄성적이기 때문에 도 3a의 코팅되지 않은 비드는 리세스된 부분에 더욱 쉽게 정합된다. 추가적으로, 비드(302)의 표면은 리세스된 부분의 내부 표면에 부착되고, 그로 인해 형성된 밀봉을 향상시킨다. 몇몇 실시예들에서, 비드의 표면과 같은 멤브레인의 물질은 일반적으로 적어도 약 6.0 Pa의 교착력으로 금속에 부착된다. 다른 실시예들에서, 베이스로부터 비드를 분리시키는데 필요한 힘은 적어도 약 0.5 mN이다.Embodiments provide a method and apparatus for a carrier head having a membrane with a reduced tendency to stick to the substrate and with a bead matched to the receiving structure on the carrier head. 3A is a cross-sectional view of a carrier head membrane 300 according to one embodiment. The carrier head membrane of Figure 3A has a bead 302 and is coated by a comparative coating 304 that extends to the bead 302 but does not cover the bead. Thus, the comparative coating 304 covers only the perimeter 308 and the mounting surface 306 of the membrane 300. Leaving the bead 302 uncoated improves sealing by taking advantage of the natural tendency of the uncoated portion of the membrane 300 to be stuck to the other surface. In many embodiments, to install the membrane 300 on the carrier head, the bead 302 is inserted into a recessed portion, such as a groove, formed on the base of the carrier head (not shown). Because the uncoated surface of the membrane 300 is more resilient than the coated surface, the uncoated bead of Figure 3A is more easily matched to the recessed portion. In addition, the surface of the bead 302 is attached to the inner surface of the recessed portion, thereby improving the sealing formed thereby. In some embodiments, the material of the membrane, such as the surface of the bead, is generally attached to the metal with a sticking force of at least about 6.0 Pa. In other embodiments, the force required to separate the beads from the base is at least about 0.5 mN.

도 3b는 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드 멤브레인의 단면도이다. 도 3b의 실시예에서, 비교착 코팅(304)은 멤브레인의 둘레부(308)까지 연장한다. 따라서, 비교착 코팅은 오직 장착면(306)만을 커버하며, 둘레부(308) 및 비드(304)는 코팅되지 않은 표면을 포함한다. 대안적인 실시예들에서, 장착면(306)에 적용된 것보다 얇은 비교착 코팅이 비드(302)에 적용될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 실시예들에서, 파릴렌 또는 폴리파라자일렌을 포함하는 비교착 코팅은 장착면(306) 상에 50μm 의 두께까지로 하지만 비드(302) 상에서는 단지 10μm의 두께까지로 적용될 수 있다. 비드(302) 상의 얇은 비교착층은 밀봉을 형성하기 위해 베이스의 리세스된 부분과 정합되는 비드(302)의 능력을 향상시키는 한편, 비드(302)를 제거하는데 필요한 탈착력(detachment force)을 감소시킨다.3B is a cross-sectional view of a carrier head membrane according to another embodiment. In the embodiment of Figure 3B, the comparative coating 304 extends to the periphery 308 of the membrane. Thus, the comparative coating covers only the mounting surface 306, and the perimeter 308 and the bead 304 comprise uncoated surfaces. In alternative embodiments, a comparative coating that is thinner than that applied to the mounting surface 306 may be applied to the bead 302. For example, in some embodiments, a comparative coating comprising parylene or polyparaxylene may be applied up to a thickness of 50 microns on the mounting surface 306, but up to a thickness of only 10 microns on the bead 302 have. The thin comparative layer on the bead 302 enhances the ability of the bead 302 to match the recessed portion of the base to form the seal while reducing the detachment force required to remove the bead 302 .

다른 실시예들은, 기판을 신뢰성 있게 릴리스하기 위해 전술한 바와 같은 비교착 코팅을 필요로 하지 않는 캐리어 헤드 멤브레인을 제공한다. 캐리어 헤드 멤브레인은, 표면 상에 비교착 코팅을 형성하지 아니하면서, 0.02 lbs.미만과 같은, 예를 들어 0.01 lbs.미만의 낮은 교착력을 갖는 기판을 체결시키기 위한 표면으로 형성될 수 있다. 적어도 약 15μin (micro-inches)와 같은 적어도 약 10μin의 Ra 거칠기를 구비하는 표면을 가진 캐리어 헤드 멤브레인은, 캐리어 헤드가 기판으로부터 분리될 때 기판이 멤브레인 표면에 교착되지 않도록 기판의 중량 미만의 교착력을 가질 것이다. 이러한 캐리어 헤드 멤브레인은, 희망하는 표면 거칠기를 부여하도록 설계된 금형을 이용하여 압축 성형 또는 사출 성형과 같은 몰딩 프로세스에서 형성될 수 있다. 대안적으로 멤브레인이 형성된 이후에 표면을 거칠게 하는 물품을 희망되는 표면에 적용시킴으로써, 표면 거칠기가 부여될 수 있다. 이러한 물품은 표면을 거칠게 하기 위해 표면을 마멸(abrade)시킬 수 있거나, 또는 거친 표면을 부여하도록 멤브레인의 몰딩된 매끄러운 표면에 부착되는 거친 표면을 가진 라미네이트(laminate)일 수 있다. 희망된다면, 거친 표면을 가진 전체 멤브레인에 또는 멤브레인의 거친 표면의 일부에 전술한 바와 같은 비교착 코팅을 적용하는 것에 의해서, 거친 표면의 비교착 품질이 향상될 수 있다.Other embodiments provide a carrier head membrane that does not require a comparative coating as described above to reliably release the substrate. The carrier head membrane may be formed as a surface for fastening a substrate having a low stiction force, such as less than 0.02 lbs., For example less than 0.01 lbs., Without forming a comparative coating on the surface. A carrier head membrane having a surface with an Ra roughness of at least about 10 inches, such as at least about 15 microns (micro-inches), has a stiffness less than the weight of the substrate so that when the carrier head is detached from the substrate, . Such a carrier head membrane may be formed in a molding process such as compression molding or injection molding using a mold designed to impart the desired surface roughness. Alternatively, surface roughening can be imparted by applying an article roughening the surface to the desired surface after the membrane is formed. Such articles may abrade the surface to roughen the surface or may be a laminate with a rough surface attached to a molded smooth surface of the membrane to impart a rough surface. If desired, the comparative coating quality of the rough surface can be improved by applying a comparative coating as described above to the entire membrane with a rough surface or to a portion of the rough surface of the membrane.

캐리어 헤드는 전술한 특징들 중 전부 또는 일부를 갖도록 제공될 수 있다. 일 예시에서 도 2와 관련하여 전술한 바와 같이, 캐리어 헤드는, 상부에 대하여 하부가 이동할 수 있도록 상부 및 이와 함께 결합하는 하부를 가질 수 있다. 그루브와 같이, 커버를 위한 수용 위치가 되도록 형성된, 리세스는 하부에 형성될 수 있다. 리세스는 둥근 프로파일 또는 사각형 또는 직사각형 프로파일과 같은 각진 프로파일을 가질 수 있고, 실시예에 따라 그 깊이보다 크거나, 동일하거나 또는 작은 폭을 가질 수 있다.The carrier head may be provided with all or some of the features described above. In one example, as described above in connection with FIG. 2, the carrier head may have an upper portion and a lower portion coupled therewith so that the lower portion can move relative to the upper portion. A recess, such as a groove, formed in the receiving position for the cover, may be formed at the bottom. The recess may have a rounded profile or an angled profile, such as a square or rectangular profile, and may have a width greater than, equal to, or less than the depth, depending on the embodiment.

커버는 기판의 핸들링을 용이하게 하기 위해 캐리어 헤드를 위해 제공될 수 있다. 커버는 가요성 폴리머와 같은 유연한 물질로 형성된 멤브레인일 수 있다. 커버는 전체 표면 또는 그 일부에 걸쳐 비교착 코팅으로 코팅될 수 있다. 일반적으로 커버는 그 위에 기판을 체결 또는 장착시키기 위한 표면을 가진 중앙부, 캐리어 헤드와의 결합을 용이하게 하는 둘레부, 및 캐리어 헤드와 결합하는 에지부를 가질 것이다. 커버의 에지부는 비드일 수 있고, 일반적으로 원형, 난형 또는 장형과 같은 둥근 형상이거나 또는 각진 형상일 수 있다. 일반적으로 에지부는 캐리어 헤드의 리세스된 부분 내로 피팅되도록 형성될 것이다. 에지부의 크기 및 형상은 리세스된 부분의 크기 및 형상과 정확하게 피팅되도록 구성될 수 있거나, 또는 바람직하게는 리세스된 부분 내로 에지부를 삽입하기 위해 압축이 필요하도록 리세스된 부분보다 넓게 구성된다. 약 10% 내지 약 25%, 예를 들어 약 12% 내지 약 20%의 압축시 폭 감소의 퍼센트 비율로 정의된 압축율은 약 0.2psi/min 또는 그 미만까지로 커버 주위에서의 가스 누출을 제어하는 것에 유용할 수 있다. 일반적으로 안으로 삽입될 리세스보다 폭이 적어도 10% 더 큰 에지부는 작동가능한 밀봉을 야기한다. 커버는 실시예에 따라 에지부의 폭 보다 작은 또는 에지부의 폭 보다 큰 두께를 가질 수 있다. 일반적으로 커버 뒤의 압력을 조작하기 위해 캐리어 헤드 내에서 하나 또는 복수의 공간 또는 공동을 형성할 것이다. 커버 뒤의 압력을 조작하는 것은 커버의 형상이 프로세스 목적을 충족시키도록 변화되는 것을 허용한다.The cover may be provided for the carrier head to facilitate handling of the substrate. The cover may be a membrane formed of a flexible material such as a flexible polymer. The cover may be coated with a comparative coating over the entire surface or a portion thereof. Typically, the cover will have a central portion with a surface thereon for fastening or mounting a substrate thereon, a circumferential portion to facilitate engagement with the carrier head, and an edge portion to mate with the carrier head. The edge portion of the cover may be a bead and may be generally round, oval or oblong, or may be angular. Generally, the edge portion will be formed to fit into the recessed portion of the carrier head. The size and shape of the edge portion can be configured to precisely fit the size and shape of the recessed portion or is preferably wider than the recessed portion to require compression to insert the edge portion into the recessed portion. A compression ratio defined as a percentage of the compression reduction in width of from about 10% to about 25%, such as from about 12% to about 20%, controls gas leakage around the cover to about 0.2 psi / min or less . Generally, an edge that is at least 10% wider than the recess to be inserted in will cause an operable seal. The cover may have a thickness that is less than or greater than the width of the edge depending on the embodiment. Will generally form one or more spaces or cavities within the carrier head to manipulate the pressure behind the cover. Operating the pressure behind the cover allows the shape of the cover to be changed to meet the process objectives.

커버는 비교착 코팅에 의해 코팅될 수 있다. 액체로서 적용된 코팅 또는 파릴렌 코팅과 같은 증기로부터 증착된 비교착 코팅이 이용될 수 있다. 비교착 코팅은 커버의 전체 표면 또는 오직 커버의 일부에만 적용될 수 있다. 예를 들면, 비교착 코팅은 에지부를 제외하고 전부에 걸쳐 또는 기판 체결 표면 상에만 적용될 수 있다. 코팅되지 않을 커버의 부분들을 보호하기 위해 코팅 적용 프로세스 동안 마스크가 이용될 수 있다. 마스크는 커버 상으로 마스크를 피팅하는 것을 허용하는 개구를 구비한, 에지부의 형상과 유사한 형상을 가진 고정구(fixture)일 수 있다. 도 4a는 마스크(402)가 설치된 커버(400)의 사시도이다. 일 실시예에서, 마스크(402)는 도 4b에서 도시된 것처럼 그 길이를 따라 종방향 개구(404)를 가진 가요성 관형 고정구일 수 있다. 다른 실시예에서, 마스크(402)는 종방향 개구를 가진 가요성, 중공형 직사각형 슬리브일 수 있다. 개구(404)는 비교착 코팅의 적용 동안 커버의 에지부가 마스크 내로 삽입되는 것을 허용한다. 커버(400) 상에 설치될 때 마스크(402)는 도넛 형상일 수 있다. 마스크(402)는 표면의 일부 위에 비교착 코팅을 구비하는 커버(400)를 생성하기 위해 비교착 코팅을 도포한 이후 제거될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 커버의 에지부 또는 에지 및 둘레부를 마스킹하는 것이 유리할 수 있다. 비교착 코팅은 금속과 같은 캐리어 헤드 물질을 위해 실리콘 고무, EPDM 고무, 부틸 고무, 천연 고무, 또는 다른 탄성 또는 열가소성 물질과 같은 커버 물질의 친화력을 감소시킴으로써 리세스를 밀봉하는 에지부의 능력을 감소시킬 수 있다. 친화력 감소는 감소된 밀봉 및 증가된 누출 속도를 야기한다. 에지부, 또는 에지 및 둘레부를 코팅되지 않은 채로 남겨 두는 것은 에지부가 리세스에 정합되어서 요구되는 밀봉을 형성하는 능력을 보존한다.The cover may be coated by a comparative coating. A coating applied as a liquid or a comparative coating deposited from a vapor such as a parylene coating may be used. The comparative coating can be applied to the entire surface of the cover or only to a part of the cover. For example, the comparative coating can be applied all over the substrate except for the edge portions or only on the substrate engaging surface. A mask may be used during the coating application process to protect portions of the cover that are not to be coated. The mask may be a fixture having a shape similar to the shape of the edge portion, with the opening allowing the mask to fit onto the cover. 4A is a perspective view of a cover 400 provided with a mask 402. Fig. In one embodiment, the mask 402 may be a flexible tubular fixture having a longitudinal opening 404 along its length as shown in FIG. 4B. In another embodiment, the mask 402 may be a flexible, hollow rectangular sleeve with a longitudinal opening. The opening 404 allows the edge portion of the cover to be inserted into the mask during application of the comparative coating. When installed on the cover 400, the mask 402 may be donut-shaped. The mask 402 may be removed after applying the comparative coating to create a cover 400 having a comparative coating over a portion of the surface. In some embodiments, it may be advantageous to mask the edge or edge and periphery of the cover. The comparative coating reduces the ability of the edge to seal the recess by reducing the affinity of the cover material such as silicone rubber, EPDM rubber, butyl rubber, natural rubber, or other resilient or thermoplastic materials for carrier head materials such as metal . Reduced affinity results in reduced seals and increased leakage rates. Leaving the edge, or edge, and periphery uncoated preserves the ability of the edge to match the recess to form the required seal.

몇몇 실시예들에서, 커버는 비교착 코팅보다는, 거친 기판 체결 표면에 의해 형성될 수 있다. 전술한 바와 같은 커버는 일반적으로 경화 가능하거나 또는 설정 가능한 물질(curable or settable materail)이 몰드에 배치되어 몰드에 대해 형성되고 설정되도록 허용된 몰딩 프로세스에 의해 형성된다. 형성된 커버의 선택된 부분들에 표면 거칠기를 부여하는 몰드가 이용될 수 있다. 많은 실시예들에서 적어도 10μin, 예를 들어 약 15μin 또는 그 초과의 표면 거칠기(Ra)는 교착력을 약 0.02 lbs.미만까지로 감소시켜서 기판의 중량이 교착력을 초과하여 기판이 캐리어 헤드로부터 분리되게 한다. 또한, 커버의 선택된 표면으로 기계적 힘을 가함으로써 표면 거칠기가 커버에 부여될 수 있다. 거칠게 하는 도구(roughening tool)는 거칠기를 부여하도록 커버의 표면을 문지르거나 또는 마멸시키는데 이용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서 대안적으로, 거친 표면을 가진 라미네이트가 커버에 적용될 수 있다.In some embodiments, the cover may be formed by a rough substrate engaging surface rather than a comparative coating. The cover as described above is generally formed by a molding process in which a curable or settable material is placed on the mold and allowed to be formed and set relative to the mold. Molds may be used that impart surface roughness to selected portions of the formed cover. In many embodiments, a surface roughness (Ra) of at least 10 [mu] in, e.g., about 15 [mu] in, or more, reduces the sticking force to less than about 0.02 lbs., So that the weight of the substrate exceeds the sticking force . In addition, surface roughness can be imparted to the cover by applying a mechanical force to the selected surface of the cover. A roughening tool can be used to rub or abrade the surface of the cover to impart roughness. In some embodiments, alternatively, a laminate with a rough surface may be applied to the cover.

몇몇 커버들은 커버의 표면으로부터 연장하고 챔버들을 규정하는 분할기들을 구비하면서 구성상 구분적일 수 있다. 도 5는 구분적 커버(502)를 구비한 캐리어 헤드(500)의 개략적인 단면도이다. 분할기(516)는 캐리어 헤드(500)의 베이스(520) 상의 부착 포인트(518)에 정합될 수 있고, 부착 포인트(518)에 결합될 때 챔버(506)를 밀봉시킬 수 있다. 구분적 커버(502)를 구비한 캐리어 헤드(500)는 일반적으로 챔버(506)와 (미도시된) 캐리어 헤드 외부의 가스 소스 사이에서 소통하는 통로(504)를 가질 것이고, 그 결과 가스는 독립적으로 챔버(506)로 제공될 수 있거나 또는 챔버(506)로부터 비워질 수 있다. 작동시, 챔버(506)는 기판 체결 표면(522)을 형상화하도록 상이한 정도로 가압될 수 있다. 몇몇 실시예들에서 챔버(506)가 작동되는 방식에 따라 기판 체결 표면(522)의 일부로 비교착 코팅(508)을 적용하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들면, 동심 챔버들이 제공되어서 기판 체결 표면(522)의 중심이 기판의 핸들링을 향상시키도록 가압되거나 또는 비워질 수 있다면, 가장 중앙에 있는 챔버에 상응하는 기판 체결 표면의 중앙부(510)에만 비교착 코팅이 적용되는 것이 유리할 수 있다. 기판의 둘레가 기판 체결 표면(522)의 둘레부(514)에 교착된다면, 커버(502)의 중심에 가장 가까운 챔버(506)는 둘레부(514)로부터 기판을 분리시키기 위해 볼록한 형상이 되도록 가압될 수 있으며, 기판 체결 표면(522)의 중앙부(510)의 비교착 특성은 신뢰성 있게 캐리어 헤드(500)로부터 기판을 분리하는 것을 보장할 것이다. 유사하게, 몇몇 실시예들에서 기판 체결 표면(522)의 일부에 대해 표면 거칠기를 생성하는 것이 유리할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 단일 커버는 비교착 코팅을 갖는 부분들 및 거칠어진 표면을 갖는 다른 부분들을 가질 수 있다.Some covers may be structurally distinctive with dividers extending from the surface of the cover and defining the chambers. 5 is a schematic cross-sectional view of a carrier head 500 with a separable cover 502. FIG. The divider 516 may be matched to an attachment point 518 on the base 520 of the carrier head 500 and may seal the chamber 506 when coupled to the attachment point 518. The carrier head 500 with the separating cover 502 will generally have a passage 504 communicating between the chamber 506 and a gas source outside the carrier head (not shown) Or may be emptied from the chamber 506. In this way, In operation, the chamber 506 may be pressurized to a different degree to shape the substrate engaging surface 522. It may be advantageous in some embodiments to apply the comparative coating 508 as part of the substrate engaging surface 522, depending on how the chamber 506 is operated. For example, if concentric chambers are provided so that the center of the substrate engaging surface 522 can be pressed or emptied to improve handling of the substrate, only the central portion 510 of the substrate engaging surface corresponding to the most centrally located chamber It may be advantageous to apply a comparative coating. The chamber 506 closest to the center of the cover 502 is pressed against the periphery 514 of the substrate engaging surface 522 so as to be convex in shape to separate the substrate from the periphery 514, And the mating feature of the central portion 510 of the substrate engaging surface 522 will ensure that the substrate is reliably separated from the carrier head 500. [ Similarly, in some embodiments, it may be advantageous to create a surface roughness for a portion of the substrate engaging surface 522. In some embodiments, a single cover may have portions having a comparative coating and other portions having a roughened surface.

작동시, 전술한 커버가 피팅된 캐리어 헤드는 평탄화 장치 상에서 신뢰성 있게 기판을 조작하는데 이용될 수 있다. 도 5를 다시 참고하면, 최상의 결과물을 위해 표면(522)의 중심이 기판의 중심과 정렬되도록, 커버(502)의 기판 체결 표면(522)이 기판에 인접하게 이동한다. 표면(522)은 기판에 대해 압박되고, 커버 뒤에서 캐리어 헤드 내부 공간은 비워진다. 구분적 커버들을 구비한 실시예들에서, 하나 또는 복수의 챔버가 비워질 수 있다. 구분적이지 않은 커버들을 구비한 실시예들에서, 실질적으로 커버 뒤의 전체 공간이 비워진다. 이렇게 커버(502) 뒤에서 생성된 진공은 오목한 형상이 되도록 기판 체결 표면(522)을 왜곡하여서, 기판의 둘레와 커버(502)의 둘레부(514) 사이의 접촉에 의해 밀봉되는 기판과 기판 체결 표면(522) 사이의 공간을 생성한다. 이러한 진공은 프로세싱 동안 캐리어 헤드(500)에 대해 단단히 기판을 지지한다. 본 명세서에서 설명된 것과 같은 커버는 매우 낮은 누출 속도로 진공을 유지한다. 기판은 프로세싱 전반에 걸쳐 캐리어 헤드에 의해 단단히 지지된다. 기판을 릴리스하기 위해, 커버 뒤의 진공은 기판을 분리시키기 위한 대기 압력으로 릴리브될 수 있다. 기판 체결 표면(522)이 전술한 바와 같은 비교착 코팅 또는 표면 거칠기를 갖는다면, 기판은 자발적으로 분리될 것이다. 중앙부와 같이, 기판 체결 표면의 부분들이 코팅되거나 또는 거칠어지고 그리고 기판이 고착된다면, 기판의 둘레를 분리하기 위해 오목한 형상으로 커버를 변형시키도록 포지티브 압력(positive pressure)이 가해질 수 있으며, 이후 기판의 중심은 자발적으로 분리될 것이다. 이는 불리한 때, 캐리어 헤드로부터 기판이 원치 않게 분리되는 것을 방지하는데 유리할 수 있다.In operation, the carrier head to which the above-described cover is fitted can be used to reliably operate the substrate on the planarization apparatus. Referring again to FIG. 5, the substrate engaging surface 522 of the cover 502 moves adjacent the substrate so that the center of the surface 522 is aligned with the center of the substrate for best results. The surface 522 is pressed against the substrate, leaving the interior space of the carrier head behind the cover. In embodiments with segmented covers, one or more chambers may be emptied. In embodiments with non-distinctive covers, substantially the entire space behind the cover is emptied. The vacuum created behind the cover 502 will distort the substrate engaging surface 522 to a concave shape so that the substrate and the substrate engaging surface 522, which are sealed by the contact between the periphery of the substrate and the perimeter 514 of the cover 502, (522). This vacuum holds the substrate firmly against the carrier head 500 during processing. A cover such as that described herein maintains a vacuum at a very low leak rate. The substrate is firmly supported by the carrier head throughout the processing. To release the substrate, the vacuum behind the cover may be relieved at atmospheric pressure to separate the substrate. If the substrate engaging surface 522 has a comparative coating or surface roughness as described above, the substrate will spontaneously separate. Positive pressure may be applied to deform the cover in a concave shape to separate the perimeter of the substrate, such as in the central portion, where parts of the substrate engaging surface are coated or roughened and the substrate is fixed, The center will spontaneously separate. This can be advantageous to prevent unwanted detachment of the substrate from the carrier head when unfavorable.

실시예들은 기판 캐리어 헤드와 멤브레인 사이의 밀봉을 형성하는 방법을 제공한다. 캐리어 헤드에는 그루브 또는 다른 수용 구조물일 수 있는 리세스된 부분이 제공된다. 이러한 리세스된 부분은 임의의 편리한 형상을 가질 수 있지만, 가장 흔하게는 둥근 형상이거나 또는 U-형상이거나, 또는 직사각형 형상이다. 캐리어 헤드에 피팅시키기 위해 멤브레인이 제공되고, 멤브레인은 기판을 체결시키기 위한 표면, 기판 체결 표면으로부터 연장하는 밀봉을 용이하게 하기 위한 둘레부, 및 둘레부로부터 연장하는 캐리어 헤드를 결합 및 밀봉시키기 위한 에지부를 갖는다. 비드는 멤브레인의 두께보다 큰 두께를 갖는 멤브레인의 에지부 상에 형성될 수 있다. 대안적으로, 멤브레인의 부분들은 비드의 두께보다 큰 두께를 가질 수 있다. 또한, 비드는 임의의 편리한 형상을 가질 수 있으나 흔하게는 원형, 장형 또는 타원형 단면 형상을 가질 것이다.Embodiments provide a method of forming a seal between a substrate carrier head and a membrane. The carrier head is provided with a recessed portion which can be a groove or other receiving structure. These recessed portions may have any convenient shape, but most often they are rounded, U-shaped, or rectangular in shape. A membrane is provided for fitting to the carrier head, the membrane having a surface for fastening the substrate, a periphery for facilitating sealing extending from the substrate fastening surface, and an edge for engaging and sealing the carrier head extending from the periphery, . The beads may be formed on the edge of the membrane having a thickness greater than the thickness of the membrane. Alternatively, portions of the membrane may have a thickness greater than the thickness of the bead. In addition, the beads may have any convenient shape, but will usually have a round, elongated, or elliptical cross-sectional shape.

비드의 두께는 여기에 결합될 리세스된 부분의 폭보다 크다. 리세스된 부분의 폭보다 적어도 약 10% 큰 두께를 갖는 비드가 바람직하다. 비드의 표면이 리세스된 부분의 표면과 정합된 밀봉을 형성하도록 리세스된 부분 내로 삽입될 때 비드가 압축된다. 리세스된 부분 내로 삽입될 때, 비드는 일반적으로 변형될 것이어서, 약 10% 내지 약 25%, 예를 들어 약 12% 내지 약 20%의 폭 또는 두께의 퍼센트 감소로서 규정된 압축률을 야기하고 그리고 리세스된 부분 내부에 1% 미만의 잔류 빈 공간을 남긴다.The thickness of the bead is greater than the width of the recessed portion to be bonded thereto. Beads having a thickness at least about 10% greater than the width of the recessed portion are preferred. The bead is compressed when the surface of the bead is inserted into the recessed portion to form an aligned seal with the surface of the recessed portion. When inserted into the recessed portion, the bead will generally deform, resulting in a defined compressibility as a percentage reduction in width or thickness of from about 10% to about 25%, for example from about 12% to about 20% Leaving less than 1% residual void space inside the recessed portion.

이렇게 제공된 멤브레인은 전술한 바와 같이 멤브레인의 부분들에 적용된 비교착 코팅을 가질 수 있다. 희망된다면, 멤브레인의 부분들은 비교착 코팅의 적용 이전에 마스킹될 수 있어서 이러한 부분들은 코팅되지 아니한 채로 남아 있을 수 있다. 전술한 바와 같은 가요성 마스크는 코팅을 적용하기 이전에 멤브레인에 적용될 수 있고, 이후 멤브레인의 코팅되지 않은 부분을 남기며 제거될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 비드와 캐리어 헤드 사이의 밀봉을 향상시키도록 멤브레인의 코팅되지 않은 부분에 에지부를 포함하는 것이 유리할 수 있다. 또한 다른 실시예들에서, 코팅되지 않은 부분에 둘레부를 포함하는 것이 유리할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 포지티브 압력이 멤브레인에 가해질 때 기판의 신뢰성 있는 릴리스, 캐리어 헤드에 대한 기판의 신뢰성 있는 부착, 및 비드 주위의 신뢰성 있는 밀봉을 갖도록 코팅되지 않은 부분에 기판 체결 표면의 중앙부를 제외하고 전부를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 일반적으로 코팅되지 않은 비드를 가진 멤브레인은 0.2psi/min 미만의 누출 속도를 성취할 것이다.The membrane thus provided may have a comparative coating applied to portions of the membrane as described above. If desired, portions of the membrane may be masked prior to application of the comparative coating so that these portions may remain uncoated. The flexible mask as described above may be applied to the membrane prior to application of the coating, and then removed leaving the uncoated portion of the membrane. In some embodiments, it may be advantageous to include an edge portion in the uncoated portion of the membrane to improve the sealing between the bead and the carrier head. Also in other embodiments, it may be advantageous to include perimeters in the uncoated areas. In still other embodiments, a central portion of the substrate engaging surface is provided in the uncoated portion with a reliable release of the substrate when positive pressure is applied to the membrane, a reliable attachment of the substrate to the carrier head, and a reliable seal around the bead It may be desirable to include all but the. In general, membranes with uncoated beads will achieve leakage rates of less than 0.2 psi / min.

원형 또는 직사각형과 같은 임의의 편리한 단면 형상의 가요성 세장형 마스킹 시스(sheath)를 형성하는 것과 마스크가 멤브레인의 부분들에 적용되는 것을 허용하도록 시스의 길이 아래로 종방향 개구를 생성하는 것에 의해서, 전술한 마스크가 만들어질 수 있다. 위와 같이 형성된 마스크는 예를 들어 비교착 코팅의 적용 동안 에지부를 차폐(shield)하기 위해 멤브레인의 에지부 위에서 슬립될(slipped) 수 있으며, 이후 마스크가 제거될 수 있다.By creating a flexible elongate masking sheath of any convenient cross sectional shape, such as a circle or a rectangle, and by creating a longitudinal opening below the length of the sheath to allow the mask to be applied to portions of the membrane, The above-mentioned mask can be made. The mask thus formed may be slipped over the edge of the membrane, for example, to shield the edges during application of the comparative coating, after which the mask may be removed.

전술한 바와 같이 평탄화 장치를 위한 멤브레인은 평평한 중앙부, 윤곽을 가진 둘레부, 및 에지 주위의 비드를 가진 가요성 물품으로서 형성될 수 있으며, 그리고 가요성 물품의 일부로 마스크를 피팅시키고 비교착 코팅으로 물품을 코팅하고 마스크를 제거하는 것에 의해서 도포된 비교착 코팅을 가질 수 있다. 몰드(mold) 내로 설정 가능하거나 경화 가능한 액체를 주입하는 것과 그리고 상기 액체가 가요성 또는 유연한 물질이 되도록 경화 또는 설정되는 것을 허용하는 것에 의해서 멤브레인이 형성될 수 있다. 열 또는 압력이 경화를 용이하게 하기 위해 가해질 수 있다. 캐리어 헤드에 부착시키는 것에 의해서 밀봉을 향상시키기 위해 코팅되지 않은 비드가 이용될 때, 적어도 6.0Pa의 교착력으로 금속에 부착되는 물질이 도움이 될 수 있다. 그 예시들이 위에서 기술된, 이러한 물질은 적어도 약 0.5mN인 캐리어 헤드 및 비드 사이의 분리력을 야기할 수 있다.As described above, the membrane for the planarization apparatus can be formed as a flexible article having a flat central portion, a contoured circumference, and beads around the edge, and fitting the mask into a portion of the flexible article, Lt; RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI > by removing the mask. Membranes may be formed by injecting a settable or hardenable liquid into the mold and allowing the liquid to set or set to become a flexible or flexible material. Heat or pressure can be applied to facilitate curing. When an uncoated bead is used to improve sealing by attaching to the carrier head, a material that adheres to the metal with an agglutinative force of at least 6.0 Pa can be helpful. Such materials, whose examples are described above, may cause a separation force between the carrier head and the bead of at least about 0.5 mN.

몇몇 실시예들에서, 멤브레인의 부분들 상에 거칠어진 표면을 형성하는 몰드가 제공될 수 있다. 이렇게 형성된 멤브레인은 그 부분들 상에 적어도 약 10μin, 예를 들어 15μin 또는 그 초과의 표면 거칠기를 가질 수 있다. 기판과 접촉하는 멤브레인 부분들 상 표면 거칠기는, 멤브레인에 대한 기판의 교착력을 0.02 lbs 미만까지로 감소시킬 것이어서, 진공 처크가 릴리스될 때 기판이 캐리어 헤드로부터 자발적으로 분리되는 것을 가능하게 한다. 다른 실시예들에서, 멤브레인의 표면은 멤브레인이 몰딩된 이후 기계적 힘을 가함으로써 거칠어질 수 있다.In some embodiments, a mold may be provided that forms a roughened surface on portions of the membrane. The membrane thus formed may have a surface roughness of at least about 10 [micro] inches, e.g., 15 [micro] inches, or more on the portions. The upper surface roughness of the membrane portions in contact with the substrate will reduce the sticking force of the substrate relative to the membrane to less than 0.02 lbs, allowing the substrate to spontaneously separate from the carrier head when the vacuum chuck is released. In other embodiments, the surface of the membrane may be roughened by applying a mechanical force after the membrane is molded.

이상이 다양한 실시예들에 관한 것이었지만, 다른 실시에들 및 추가적인 실시예들이 안출될 수 있다.While the foregoing is directed to various embodiments, other embodiments and additional embodiments may be devised.

Claims (23)

기판 캐리어 헤드에 구비되는 멤브레인으로서,
기판을 체결하는(engage) 표면; 및
캐리어 헤드에서 수용 구조물을 체결하기 위한 표면의 엣지에 있는 비드(bead)를 포함하고,
상기 표면은 0.25 미크론(10 마이크로 인치) 이상의 Ra 거칠기를 가지며,
상기 표면은 0보다 크고 0.089 뉴턴(0.02 lbs)보다 작은 교착력으로 상기 기판에 부착되고, 상기 비드는 6.0 파스칼(Pa) 이상의 교착력으로 금속에 부착되는,
기판 캐리어 헤드에 구비되는 멤브레인.
A membrane provided on a substrate carrier head,
A surface engaging the substrate; And
A bead at the edge of the surface for fastening the receiving structure at the carrier head,
Wherein the surface has an Ra roughness of at least 0.25 microns (10 microinches)
Wherein the surface is attached to the substrate with an agglutinative force of greater than 0 and less than 0.02 lbs and the bead is attached to the metal with an agglutinative force of at least 6.0 Pa.
A membrane provided on a substrate carrier head.
제 1 항에 있어서,
상기 표면은 0.38 미크론(15 마이크로 인치) 이상의 Ra 거칠기를 갖는,
기판 캐리어 헤드에 구비되는 멤브레인.
The method according to claim 1,
Said surface having an Ra roughness of at least 0.38 microns (15 microinches)
A membrane provided on a substrate carrier head.
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